【摘 要】
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太赫兹波在电磁频谱中占有特殊的位置,由于其优越的性能,它在安全检查、成像、雷达、电信和生物医学等领域具有广泛的应用前景。现如今,随着半导体材料的深入研究和电子技术的飞速发展,太赫兹频段的开发和利用已经取得了重大进展。然而,由于诸如灵敏度和稳定性的问题,太赫兹辐射的室温探测技术尚未成熟。随着太赫兹技术的不断发展,对于在室温下运行的紧凑、快速和灵敏的太赫兹探测器的要求越来越高。传统的太赫兹光电探测器大
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太赫兹波在电磁频谱中占有特殊的位置,由于其优越的性能,它在安全检查、成像、雷达、电信和生物医学等领域具有广泛的应用前景。现如今,随着半导体材料的深入研究和电子技术的飞速发展,太赫兹频段的开发和利用已经取得了重大进展。然而,由于诸如灵敏度和稳定性的问题,太赫兹辐射的室温探测技术尚未成熟。随着太赫兹技术的不断发展,对于在室温下运行的紧凑、快速和灵敏的太赫兹探测器的要求越来越高。传统的太赫兹光电探测器大多基于热传感器件,虽然其响应度较高,但是仍然存在响应速度慢、噪声高或工作温度低等问题。场效应晶体管中太赫兹辐射的探测是通过激发晶体管通道中的等离子体波来实现的。太赫兹波通过与光栅耦合器、天线或其它方式耦合到场效应晶体管的电子通道中。太赫兹辐射不仅会引起通道内电荷密度的振荡,而且还会引起电荷漂移速度的振荡。石墨烯是由碳原子通过sp~2杂化轨道构成的六角蜂窝结构的二维材料,因其迁移率高、带隙可调、宽频吸收等独特的光电特性,在太赫兹探测中具有重大应用潜力。本文将石墨烯和场效应晶体管结合起来,设计天线结构,实现对太赫兹辐射的探测,并且研究了影响所设计的太赫兹探测器性能的因素。本文的主要工作如下:(1)分析载流子在电子沟道中扩散传输模型,对场效应晶体管中太赫兹响应的光电压进行推导计算;(2)分析计算了石墨烯场效应晶体管太赫兹探测器中的场效应系数,得到场效应系数随栅压变化的关系;(3)设计了一种基于天线耦合结构的石墨烯场效应晶体管太赫兹探测器,仿真结果表明,该探测器能够对不同频率的太赫兹辐射产生响应;(4)分析结构尺寸对栅极两侧边缘电场分布及电场强度之差的影响,优化调整结构参数,找到最佳的尺寸以提升该探测器性能。
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